抽象工厂模式

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

抽象工厂模式是常用的创建型设计模式之一，它比工厂方法模式的抽象程度更高。在工厂方法模式中每一个具体工厂只需要生产一种具体产品，但是在抽象工厂模式中一个具体工厂可以生产一组相关的具体产品，这样的一组产品成为产品族，产品族中的每一个产品都分属于某一个产品继承等级结构。

产品等级结构与产品族

工厂方法模式通过引入工厂等级结构解决了简单工厂模式中工厂类职责太重的问题，但由于工厂方法模式中的每个具体工厂只有一个或一组重载的工厂方法，只能生产一种产品，可能会导致系统中存在大量的工厂类，势必会增加系统的开销。有时候可能需要一个工厂可以提供多种产品对象，而不是单一的产品对象，例如一个电器工厂，它可以生产电视机、冰箱、空调等多种电器，而不是只生产某一种电器，此时可以考虑将一些相关的产品组成一个“产品族”，由同一个工厂来统一生产，这就是抽象工厂模式的基本思想。

首先引入两个概念：

1. 产品等级结构：即产品的继承结构，例如一个抽象类是电视机，其子类包括海尔电视机、海信电视机、TCL电视机、则抽象电视机与具体品牌的电视机之间构成了一个产品等级结构，抽象电视机是父类，而具体品牌电视机是其子类。
2. 产品族：指由同一个工厂生产的位于不同产品等级结构中的一组产品，例如海尔电视机、海尔冰箱，海尔电视机位于电视机产品等级结构中，海尔冰箱位于冰箱产品等级结构中，海尔电视机、海尔冰箱构成了一个产品族。

只要指明一个产品所处的产品族以及它所属的等级结构就可以唯一确定这个产品。

抽象工厂模式概述

当系统所提供的工厂生产的具体产品并不是一个简单的对象，而是多个位于不同产品等级结构、属于不同类型的具体产品时就可以使用抽象工厂模式。

抽象工厂模式是所有形式的工厂模式中最为抽象和最具一般性的一种形式。抽象工厂模式与工厂方法模式最大的区别在于，工厂方法模式针对的是一个产品等级结构，而抽象工厂模式需要面对多个产品等级结构，一个工厂等级结构可以负责多个不同产品等级结构中的产品对象的创建。当一个工厂等级结构可以创建出属于不同产品等级结构的一个产品族中的所有对象时，抽象工厂模式比工厂方法模式更为简单、更有效率。

抽象工厂模式为创建一组对象提供了一种解决方案。与工厂方法模式相比，抽象工厂模式中的具体工厂不只是创建一种产品，而是负责创建一族产品。

定义：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无须指定它们具体的类。

抽象工厂模式又称为工具（Kit）模式，它是一种对象创建型模式。

抽象工厂模式结构与实现

抽象工厂模式结构

在抽象工厂模式中，每一个具体工厂都提供了多个工厂方法用于生产多种不同类型的产品，这些产品构成了一个产品族，抽象工厂模式结构如图：

由图可知，抽象工厂包含4个角色：

1. AbstractFactory（抽象工厂）：它声明了一组用于创建一族产品的方法，每一个方法对应一种产品。
2. ConcreteFactory（具体工厂）：它实现了在抽象工厂中声明的创建产品的方法，生成一组具体产品，这些产品构成了一个产品族，每一个产品都位于某个产品等级结构中。
3. AbstractProduct（抽象产品）：它为每种产品声明接口，在抽象产品中声明了产品所具有的业务方法。
4. ConcreteProduct（具体产品）：它定义具体工厂生产的具体产品对象，实现抽象产品接口中声明的业务方法。

抽象工厂模式实现

在抽象工厂模式中声明了多个工厂方法，用于创建不同类型的产品，抽象工厂可以是接口，也可以是抽象类或者具体类。典型代码如下：

public interface AbstractFactory {
    public AbstractProduct createProductA();//工厂方法一
    public AbstractProduct createProductB();//工厂方法二
    ...
}

具体工厂实现了抽象工厂，每一个具体的工厂方法可以返回一个特定的产品对象，而同一个具体工厂所创建的用户对象构成了一个产品族。对于每一个具体工厂类，典型代码如下：

public class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {
    //工厂方法一
    public AbstractProductA createProductA() {
        return new ConcreteProductA1();
    }
    //工厂方法二
    public AbstractProductA createProductB() {
        return new ConcreteProductB1();
    }
    ...
}

开闭原则的倾斜性

在抽象工厂模式中增加新的产品族很方便，但是增加新的产品等级结构很麻烦，抽象工厂模式的这种性质称为开闭原则的倾斜性。开闭原则要求系统对扩展开放，对修改关闭，通过扩展达到增强其功能的目的，对于涉及多个产品族与多个产品等级结构的系统，其功能增强包括两个方面。

1. 增加产品族：对于增加新的产品族，抽象工厂模式可以很好地支持开闭原则，只需要增加具体产品并对应增加一个新的具体工厂，对已有代码无须做任何修改。
2. 增加新的产品等级结构：对于增加新的产品等级结构，需要修改所有的工厂角色，包括抽象工程类，在所有的工厂类中都需要增加生产新产品的方法，违背了开闭原则。

由于抽象工厂模式以一种倾斜的方式满足开闭原则，因此要求设计人员在设计之初就能够考虑全面，不会在设计完成之后再向系统中增加或删除产品等级结构，否则将会导致系统出现较大的修改，为后续维护工作带来诸多麻烦。

抽象工厂模式优/缺点与使用环境

优点

1. 抽象工厂模式隔离了具体类的生成，使得客户端并不需要知道什么被创建。由于这种隔离，更换一个具体工厂就变得相对容易，所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的那些公共接口，因此只需要改变具体工厂的实例就可以在某种程度上改变整个软件系统的行为。
2. 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能够保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。
3. 增加新的产品族很方便，无须修改已有系统，符合开闭原则。

缺点

1. 增加新的产品等级结构麻烦，需要修改已有系统，，设置需要修改抽象层代码，违背了开闭原则。

适用环境

1. 一个系统不应当依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节，用户无须关心对象的创建过程，将对象的创建和使用解耦。
2. 系统中有多于一个的产品族，而每次只使用其中某一产品族。可以通过配置文件等方式来使用户能够动态改变产品族，也可以很方便地增加新的产品族。
3. 属于同一个产品族的产品将在一起使用，这一约束必须在系统的设计中体现出来。
4. 产品等级结构稳定，在设计完成之后不会向系统中增加新的产品等级结构或删除已有的产品等级结构。